南方内外业一体化成图软件”、北京光学仪器厂的“BGSS”综合测绘系统等。

因此，综合测量系统将是今后测量工作的发展趋势。这种系统把全站仪通过相关软件系统和计算机、打印机、绘图机、数字化仪等设备联为一体，将大大有利于实现地形测量、地籍测量、工程测量及变形观测等工作的自动化。

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第三节 电子经纬仪

一、电子经纬仪的特点

电子经纬仪是一种集光学、机械、电子技术于一体的测角仪器。它既可以设计成一台完整的仪器和电子测距仪连接成积木型全站仪，也可以设计成电子经纬仪单元，与电子测距仪单元有机结合在一起构成不可分割的整体式全站仪。但不管是哪种形式，它都可以独立工作。 相对于传统的光学经纬仪来说，现代的电子经纬仪具有如下优点： 1.对中

光学经纬仪的对中采用垂球或光学对中器，而如今越来越多的电子经纬仪采用激光对中器，使用起来非常直观。 2.整平

光学经纬仪的精密整平使用长水准器，整平过程需要花费较长时间；而如今越来越多的电子经纬仪采用电子气泡，用数字或图形直接显示垂直轴倾斜量，使用起来非常直观、方便。 3.读数

光学经纬仪的读数必须借助专门的读数窗，需要人工调焦、调像进行对径读数、估读，掌握起来比较困难，且非常容易出错；而电子经纬仪的水平角、垂直角读数自动显示，一般最小显示为l′，有的可达0.1′，因而没有读数误差。 4.记录

光学经纬仪的读数需要用笔记录手簿，并由人工来进行质量控制，对作业人员的素质要求较高；而电子经纬仪的读数可直接存储到PCMCIA卡或外接记录器，并可由系统进行质量控制。 5.补偿器

光学经纬仪采用机械补偿器，只能对垂直角进行补偿；而如今越来越多的电子经纬仪采用电子液体补偿器，不仅对垂直角进行补偿，而且可对水平角进行补偿，补偿范围更大，精度更高，除此之外，补偿器零点可以通过软件调整，免除了机械调整的麻烦。 6.轴系调整

光学经纬仪的轴系误差，只能进行机械调整来消除，而这些调整往往要送到专业维修单位进行；而如今越来越多的电子经纬仪除了机械调整之外，还可以通过软件设置进行修正，使修正后的残余误差几乎为零，而这些调整除送专业维修单位之外，也可以由用户自行操作。

二、电子测角的原理

电子测角，即电子化、数字化、自动化角度测量，其表现是直接以数字显示角度测量结果，其实质是用一套角码转换系统来代替传统的光学读数系统，也就是采用了光电度盘，将度盘的角值符号变成能被光电器件识别和接收的特定信号，然后再转换成常规的角值，从而实现了读数记录的数字化和自动化。

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角值和光电信号的转换，大体分为两类：一类是把度盘分成区、环进行编码，称为编码度盘，它直接把角度转换成二进制代码，所以称绝对转换系统；另一类是利用光栅度盘把单位角度转换成脉冲信号，然后用计算机累积变化的脉冲数，求得相应的角度值，称为增量转换系统。

三、补偿器与电子气泡

（一）补偿器 1.补偿器的产生

在角度测量中，经纬仪的垂直轴、水平轴和视准轴的不正确安装或整置往往是诸多误差源中最重要的因素。为了减弱或消除三轴误差对角度测量的影响，人们常常采用一定的测量程序，如盘左、盘右分别测量取平均，但是这个过程比较麻烦且很容易出现操作上的错误。而在许多工程放样中，对作业进度的要求比较高，对测量精度的要求相对低些，例如在石油物探的物理点放样中，一方面对施工作业的进度要求，另一方面只需进行盘左或盘右半测回测量就能够满足精度要求，这就要求确保经纬仪的安置正确无误。另外，如今来执行测量任务的作业人员，许多没有经过系统的测量技术培训，这就要求仪器生产厂家提供的产品尽可能地自动减少轴系误差的影响。 补偿器就是为了这个目的应运而生的。

补偿器的作用就是通过寻找仪器在垂直和水平方向的倾斜信息，自动地对测量值进行改正，从而提高采集数据的精度。 2.补偿器的类型

补偿器按工作原理一般分为两种类型：摆式补偿器和液体补偿器。

摆式补偿器多见于早期的电子经纬仪。其基本原理是：当仪器倾斜时，引起垂直度盘指标随之位移，而同时也将引起摆的微小摆动，并通过光路引起垂直度盘影像的相应变化，因而，最终输出的角度为正确的角度。

液体补偿器为现代大多数全站仪所普遍采用。其基本原理是：当仪器倾斜时，倾斜传感器液体光模导致光束的随之位移，并将位移量感应在阵列上，全站仪内的微处理器根据位移的大小计算仪器的倾斜量及由倾斜引起的改正数，并提供给角度输出系统。 补偿器按补偿功能一般分为单轴补偿、双轴补偿和三轴补偿。 单轴补偿：仅能补偿由于垂直轴倾斜而引起的垂直度盘的读数误差。

双轴补偿：可同时补偿由于垂直轴倾斜而引起的垂直度盘和水平度盘的读数误差。

三轴补偿：不仅能补偿由于垂直轴倾斜而引起的垂直度盘和水平度盘的读数误差，而且还能补偿由于水平轴误差和视准轴误差而引起的水平度盘的读数误差。 3.补偿器的补偿范围

补偿器的补偿范围是指补偿器正常工作所能接受的仪器倾斜程度，即当仪器的倾斜量在补偿范围内时，补偿器将测量纵向和横向倾斜量，进而计算对垂直度盘和水平度盘读数的影 专业文档供参

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响并加以改正；当仪器的倾斜量超出补偿范围时，补偿器将停止工作。补偿器的补偿范围总是有限度的，市场上大多数全站仪的补偿范围一般在3′～5′左右。较大的补偿范围使用户增加了在恶劣环境下（如地基松软地带或地基振动地带）作业仍取得可靠结果的信心。 4.补偿器的补偿精度

补偿器的补偿精度有两种含义：一种是倾斜量测定精度，是指补偿器对倾斜度的测量精度，在用户手册上给出的补偿精度通常都是倾斜量测定精度；一种是垂直角修正精度，是指在仪器标称补偿范围内进行有效修正后的垂直角值与仪器处于正确位置时的垂直角值的偏差，在检定证书中给出的补偿精度通常都是垂直角修正精度。 （二）电子气泡

新型的全站仪大都装备有电子气泡。电子气泡是补偿器的显示单元，它直接显示仪器的倾斜状态。 电子气泡的形式有两种，一种是数字型，直接显示仪器在纵向（X）和横向（Y）的倾斜值，当二者都为零时，仪器为整平状态；一种是图形型，常常用一个圆点在大圆圈中的位置来表示，当小圆点位于大圆圈的圆心时，仪器为整平状态。

在仪器工作过程中，仪器的倾斜状态通过电子气泡显示出来，而这种状态对垂直度盘和水平度盘读数的影响，则通过补偿器有关电路来进行改正。在实际测量作业时，可以利用电子气泡进行快速整平（只需整平到补偿范围内）或精确整平。仪器允许用户对整平后的残余倾斜量进行补偿或不进行补偿。当倾斜量被自动地用来改正水平角和垂直角时，即使盘左或盘右半测回测量，也能够获得比较满意的精度，特别是当垂直角较大时自动补偿对精度的改善更为明显。 （三）三轴补偿

老式的单轴补偿器只能补偿由垂直轴倾斜引起的垂直度盘读数误差，双轴补偿器则可同时补偿由垂直轴倾斜而引起的垂直度盘和水平度盘读数误差；近年来推出的三轴补偿器，不仅能补偿由垂直轴倾斜而引起的垂直度盘和水平度盘读数误差，而且还能补偿由于水平轴倾斜和视准轴误差而引起的水平度盘的读数误差。在三轴补偿状态下，引起水平度盘读数变化的因素（即用以修正水平度盘读数的因素）增加到3个。 以下对三轴补偿的原理做简单介绍。 1.双轴补偿

垂直轴倾斜将引起对中误差、水平角误差和垂直角误差。由垂直轴倾斜导致的对中误差一般可以忽略（1′的倾斜量只会使望远镜中心偏离仪器旋转中心0.05mm的位移），由垂直轴倾斜引起的水平角误差和垂直角误差不能用盘左、盘右的措施消除。

在双轴补偿中，将垂直轴倾斜分解为纵向倾斜和横向倾斜两个分量。

所谓纵向倾斜，是指垂直轴倾斜在视准轴与铅垂线平面内的分量。纵向倾斜将引起垂直角的误差。所谓单轴补偿实质上就是对纵向倾斜所导致的垂直角误差施加改正。

所谓横向倾斜，是指垂直轴倾斜在水平轴与铅垂线平面内的分量。横向倾斜影响水平角的测量。当望远镜水平瞄准时，横向倾斜对水平度盘没有影响。但望远镜倾斜瞄准时，对水 专业文档供参

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平度盘的影响将随着望远镜倾斜的增加而明显增加（如望远镜倾斜45°时，1′横向倾斜引起l′的水平角误差）。

所谓双轴补偿实质上就是对纵向倾斜所导致的垂直角误差和横向倾斜所引起的水平角误差均施加改正。例如，在照准部固定的情况下，使望远镜上下仰俯，对单轴补偿来说，水平度盘读数保持不变，而对双轴补偿来说，水平度盘读数可能在不断变化，这正是对横向倾斜引起的水平度盘读数误差进行修正。 2.水平轴误差

i表示，是指其由于制造、安装和调整不完善致水平轴误差，又称为横轴误差，一般用使水平轴

两端的直径不等或支承水平轴的两个支架不等高引起的水平轴倾斜误差。由于仪器存在着水平轴误差，当仪器整平时，垂直轴垂直，而水平轴不水平，这将会引起水平方向的ii?对水平方向观测读数的影响，则有：观测误差。若令为水平轴倾斜误差 ?

?tani??i? （8-1） T?ii?有关。角

的大小成正比，而且还与目标点的垂直角的大小不仅与显然， T3.视准轴误差

c表示，是指由于安装和调整不当致使望远镜的视准轴误差，又称为照准误差，一般用十字丝中

心偏离正确位置，导致视准轴与水平轴不正交而引起的误差。它是一个固定值；外?c为视准轴界温度的变化也会引起视准轴位置的变化，这个变化则不是一个固定值。若令c对水平方向观测读数的影响，则有： 误差?cos/?c?c

（ 8-2） Tc成正比，视准轴误差对水平方向读数的影响不仅与视准轴误差而且也与目标点显然，?c?c，即视准轴误差与它所引起的水平方向读数误的垂直角有关。当垂直角为0°时，?180?L?R2c? 差是相同的。此时可通过盘左、盘右的观测值之差来求得，即：。 4.三轴补偿的基本思想用双轴补偿的方法来补偿垂直轴倾斜引起的垂直和水平度盘的三轴补偿的基本思想是， 读数误差，用机内计算软件来改正因横轴误差和视准轴误差引起的水平读数误差。人们看到无论怎么转动望远对于单轴补偿的老式全站仪来说，没有上述三种改正功能，其实是因为仪器没有能力进行这方面水平读数都不变化，这并不是因为仪器稳定可靠，镜，只能改正垂直轴倾斜引起的垂直和水平读数误对于仅有双轴补偿器的全站仪来说，的改正。差，因此，当补偿器工作时，转动望远镜，水平读数就随之变化；当补偿器关闭以后，无论 如何转动望远镜，水平读数也不会变化。

四、仪器的设置

为了使全站仪方便地用于不同的测量用途，经常要对仪器工作的方式、条件等进行选择确认，这项工作称为仪器设置。全站仪本身就是一台专用计算机，在它的系统软件里，预置了许多测量中可能会用到的功能、参数等，用户可以随心所欲地选择适合自己需要的设置。

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一般来说，全站仪的设置分为以下几种。 1.功能设置

全站仪提供了许多功能，根据用户的不同要求，这些功能有的使用频繁，有的则可能永远也不会使用。例如，所有的全站仪都设计有轴系补偿的功能，用户可以通过设置选择单轴补偿，也可以选择双轴补偿，也可以选择不要补偿。

一般关于功能的设置有：关机设置、音响设置、照明设置、补偿器开关、菜单项增减、ppm参数项的增减等。 2.模板设置

模板设置主要确定外业测量所采集的数据以什么样的形式通过显示屏或数据文件等媒介表现出来。例如，全站仪采集的基本量为角度和斜距，而通过这两个量又可派生出许多量，如平距、坐标等。由于屏幕的大小有限，只能将测量员最关心的几项数据直接显示出来，其他数据通过箭头的移动再逐项显示。这就需要进行模板设置。一方面，系统提供标准模板，即将最常用的量组成几个不同的模板，供用户选择；另一方面，也允许由用户自己就感兴趣的重组成用户模板。以TPS1000为例，一般常用的模板设置有：